Výber tesnenia podľa rozmeru a tlakového rozsahu je prvý krok, no zďaleka nie posledný. Tesnenie, ktoré geometricky sedí a vydrží prevádzkový tlak, môže zlyhať v priebehu niekoľkých týždňov, ak jeho materiál nie je kompatibilný s médiom, s ktorým prichádza do kontaktu. Napúknutie, tvrdnutie, praskanie alebo rozpúšťanie elastoméru patria medzi najčastejšie príčiny únikov a neplánovaných odstávok, ktoré nie sú výsledkom chybného návrhu stroja ani opotrebovania, ale jednoducho nevhodne zvoleného materiálu tesnenia. Tento problém je pritom mimoriadne bežný v prevádzkach, kde sa menia procesné médiá, kde sa stroje prestavujú na iný produkt alebo kde sa pri čistení používajú agresívne čistiace prostriedky odlišné od bežného prevádzkového média.
Spoločnosť AFINIS Group so 31-ročnou praxou v oblasti tesniacej techniky a portfóliom viac ako 85 000 skladových položiek ponúka tesnenia zo všetkých bežných aj špeciálnych elastomérových a neplastomérových materiálov vrátane expresnej výroby do 24 hodín v prípade urgentných potrieb. Orientácia v materiálových vlastnostiach umožňuje vybrať správne tesnenie pri prvom pokuse, bez opakovaných výmen a zbytočných prestojov.
Ako chemické médium poškodzuje tesnenie
Pred samotným prehľadom materiálov je dôležité pochopiť, akými mechanizmami dochádza k poškodeniu tesnenia pri kontakte s agresívnym médiom.
Napúknutie (swelling) nastane, keď médium difunduje do polymérnej siete elastoméru a narúša priečne väzby. Tesnenie zväčší objem, zmäkne, stratí tvarovú stálosť a prestáva správne tesniť v drážke. Tento jav je typický pre NBR pri kontakte s aromatickými uhľovodíkmi alebo pre EPDM pri kontakte s minerálnymi olejmi.
Tvrdnutie a krehnutie je opačný jav: médium alebo teplo v kombinácii s médiom spôsobí rozpad polymérnych reťazcov, oxidáciu alebo dehydratáciu materiálu. Tesnenie sa stáva tuhým, stratí elasticitu a praská, keď sa stlačí. Typický prípad je starnutie silikónu pri kontakte s parou za vysokého tlaku alebo NBR pri dlhodobom kontakte s palivami pri vysokej teplote.
Chemická korózia povrchu sa prejaví rozleptaním, zbeľením alebo odlúpnutím povrchových vrstiev. Nastáva pri kontakte s koncentrovanými kyselinami alebo silnými oxidačnými činidlami u materiálov, ktoré k nim nemajú dostatočnú odolnosť.
Extrakcia zmäkčovadiel môže nastať pri kontakte s niektorými rozpúšťadlami, ktoré vyextrahujú z elastoméru pridané zmäkčovadlá. Výsledkom je tuhnutie tesnenia a jeho rozmerová nestabilita.
NBR: štandard pre oleje, palivo a hydrauliku
NBR (nitrilový kaučuk) je najpoužívanejší elastomér v strojárskom a automobilovom priemysle. Jeho chemická odolnosť sa odvíja od obsahu akrylonitrilu (AN): čím vyšší obsah AN, tým lepšia odolnosť voči olejom a palivám, no tým horšia odolnosť voči nízkym teplotám.
NBR výborne odolá minerálnym hydraulickým olejom, motorovým a prevodovým olejom, mazacím tukům, riedidlám na báze alifatických uhľovodíkov a vodným emulziám hydraulických kvapalín. Nevhodný je pre aromatické uhľovodíky (toluén, xylén), ketóny (acetón, MEK), estery, koncentrované kyseliny, ozón a dlhodobé pôsobenie UV žiarenia.
Teplotný prevádzkový rozsah NBR sa štandardne pohybuje od -30 °C do +100 °C. Špeciálne hydrogenované zmesi HNBR rozširujú teplotnú odolnosť až na +150 °C pri zachovaní dobrej odolnosti voči olejom.
Typické aplikácie NBR tesnení: hydraulické valce, piestne tesnenia, hriadeľové tesnenia (simmerringy) v olejovom prostredí, palivové systémy, kompresorové tesnenia pre vzduch a plyny bez agresívnych komponentov.
EPDM: voda, para a vonkajšie prostredie
EPDM (etylén-propylén-diénový kaučuk) má odlišné chemické zameranie ako NBR. Vyniká tam, kde NBR zlyháva: v prostredí horúcej vody, pary, riedených kyselín, zásad a na vonkajšom prostredí s pôsobením UV žiarenia a ozónu.
EPDM výborne odolá vode a vodnej pare do +120 °C (špeciálne zmesi do +150 °C), riedeným kyselinám a zásadám, brzdovým kvapalinám na báze glykolu (DOT 3, DOT 4), alkoholom a detergentom. Nevhodný je pre minerálne oleje, palivá a väčšinu uhľovodíkových rozpúšťadiel, pri ktorých napúka rovnako rýchlo ako NBR pri aromatických látkach.
Teplotný rozsah EPDM: od -40 °C do +120 °C v trvalom prevádzke, krátkodobo až do +150 °C.
Typické aplikácie: tesnenia v systémoch ústredného kúrenia, v chladiarenských okruhoch s vodou a glykólom, tesnenia v automobilových chladiacich systémoch, vonkajšie profily a tesnenia dverí a okien, kanalizačné tesnenia, tesnenia v potravinárskej technológii tam, kde médium nie je tuk ani olej.
FKM / Viton: chemická odolnosť na najvyššej úrovni
FKM (fluórkaučuk), najznámejší pod obchodným názvom Viton, je materiál pre extrémne podmienky. Vysoký obsah fluóru v polymérnom reťazci mu dáva výnimočnú odolnosť voči širokému spektru chemikálií a vysokú tepelnú stálosť.
FKM odolá minerálnym aj syntetickým olejom a palivám, aromatickým uhľovodíkom vrátane toluénu a xylenu, halogenovaným rozpúšťadlám, koncentrovaným kyselinám (vrátane kyseliny sírovej a dusičnej v bežných koncentráciách), ropným produktom a celej škále priemyselných chemikálií. Slabšou stránkou FKM je nižšia odolnosť voči ketónom (acetón, MEK), amínům, anhydridom a horúcej vodnej pare pri tlaku.
Teplotný rozsah FKM: od -20 °C do +200 °C v trvalom prevádzke, čo ho radí medzi najteplotnejšie odolné elastoméry v bežnej priemyselnej praxi.
FKM je výrazne drahší ako NBR alebo EPDM, jeho použitie je preto ekonomicky odôvodnené pri aplikáciách, kde nesprávny materiál vedie k frekventovaným výmenám alebo kde jediný únik spôsobí rozsiahle škody. Typické aplikácie: tesnenia v chemickom, petrochemickom a farmaceutickom priemysle, palivové systémy, vysokoteplotná hydraulika, tesnenia turbín a kompresorov.
PTFE: univerzálna chemická odolnosť, no obmedzená pružnosť
PTFE (polytetrafluóretylén), obchodne známy ako teflon, nie je elastomér, ale termoplast. Nemá elasticitu gumy, no vďaka extrémnej chemickej inertnosti nemá v priemyselnej praxi z hľadiska chemickej odolnosti konkurenta.
PTFE odolá takmer všetkým kyselinám, zásadám, rozpúšťadlám a chemikáliám s výnimkou elementárneho fluóru, alkalických kovov a niektorých fluorovaných zlúčenín. Odolá horúcej vodnej pare, koncentrovanej kyseliny sírovej, chlorovodíkovej aj dusičnej, ketónom aj aromatickým uhľovodíkom. Teplotný rozsah je od -200 °C do +260 °C.
Pretože PTFE je tuhé a plazí sa (creep) pod tlakom, používa sa prednostne ako ploché tesnenie alebo PTFE zábal (PTFE-obalené tesnenie s jadrom z pružného materiálu). V čistej forme je vhodné pre statické tesnenia s nízkym a stredným tlakom. Pre dynamické aplikácie sa PTFE kombinuje s výplňami (sklenené vlákna, grafit, bronze) alebo sa navrhuje ako tvarové tesnenie s kompenzáciou creep deformácie.
Typické aplikácie: tesnenia vo farmácii, chemickom priemysle, potravinárskej technike, kryogénnych zariadeniach, tesnenia ventilových telies a prírubových spojov v agresívnych médiách.
Silikón: teplota, potraviny a farmácia
Silikón (VMQ, PVMQ) je elastomér na báze kremíka namiesto uhlíka, čo mu dáva wyjatočnú teplotnú stálosť a fyziologickú neutrálnosť. Teplotný rozsah silikónu od -60 °C do +200 °C, špeciálne typy až do +250 °C, je najširší spomedzi bežne používaných elastomérových materiálov.
Silikón odolá horúcemu vzduchu, ozónu, UV žiareniu, riedeným kyselinám a zásadám a väčšine polárnych rozpúšťadiel. Nevhodný je pre minerálne oleje, palivá, koncentrované kyseliny a aromatické uhľovodíky. Dôležité obmedzenie: silikón má nižšiu odolnosť voči vodnej pare pri vyšších tlakoch, pri ktorej dochádza k hydrolýze väzieb a k degradácii materiálu. Pre autoklávy a parnú sterilizáciu sú preto vhodnejšie špeciálne párou odolné silikónové zmesi alebo PTFE.
Typické aplikácie: tesnenia v potravinárskej a farmaceutickej technike, pekárenské a cukrovinkárske linky, biotechnológia, tesnenia v chladiacich zariadeniach potravinárskych prevádzok, zdravotnícke pomôcky.
Neopren (CR) a špeciálne materiály
CR (chloroprénový kaučuk, neopren) je materiál so strednou odolnosťou voči olejom (horšou ako NBR, no lepšou ako EPDM), dobrou odolnosťou voči poveternostným vplyvom a výbornou odolnosťou voči ozónu. Používa sa v chladiarenských zariadeniach (odolnosť voči chladivám na báze amoniaku), ako tesnenie vonkajších konštrukcií a ako materiál pre profily v prostredí s občasným kontaktom s olejom.
Okrem elastomérových materiálov sa v priemysle používajú aj tesnenia z expandovaného grafitu, ktoré sú schopné odolávať teplotám nad 500 °C a takmer všetkým chemikáliám okrem silných oxidantov. Kovové a kovom vystužené tesnenia (spirálové, kamerované) sú štandardom pre vysokotlakové a vysokoteplotné prírubové spoje v energetike a petrochémii.
Porovnávacia tabuľka chemickej odolnosti tesniacich materiálov
| Médium | NBR | EPDM | FKM/Viton | PTFE | Silikón | CR |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Minerálne oleje | Výborná | Nevhodný | Výborná | Výborná | Nevhodný | Dobrá |
| Palivo (benzín, nafta) | Dobrá | Nevhodný | Výborná | Výborná | Nevhodný | Stredná |
| Aromatické uhľovodíky | Slabá | Nevhodný | Výborná | Výborná | Nevhodný | Nevhodný |
| Voda a vodná para | Dobrá | Výborná | Stredná | Výborná | Dobrá* | Dobrá |
| Kyseliny riedené | Stredná | Výborná | Výborná | Výborná | Dobrá | Dobrá |
| Kyseliny koncentrované | Nevhodný | Stredná | Výborná | Výborná | Nevhodný | Nevhodný |
| Zásady | Dobrá | Výborná | Dobrá | Výborná | Dobrá | Dobrá |
| Ketóny (acetón) | Nevhodný | Dobrá | Nevhodný | Výborná | Stredná | Nevhodný |
| UV žiarenie a ozón | Slabá | Výborná | Výborná | Výborná | Výborná | Výborná |
| Teplotný rozsah | -30 až +100 °C | -40 až +120 °C | -20 až +200 °C | -200 až +260 °C | -60 až +200 °C | -30 až +90 °C |
*Silikón je nevhodný pre vodnú paru pod tlakom (autoklávy) bez špeciálnych parnootolných zmesí.
Ako postupovať pri výbere materiálu tesnenia
Pri každej aplikácii je potrebné zodpovedať niekoľko základných otázok. Prvou je, aké médium s tesnením prichádza do kontaktu a či ide o jedno médium alebo o ich zmes, prípadne o striedajúce sa médiá (napríklad proces a čistiaci prostriedok). Druhou otázkou je prevádzkový teplotný rozsah vrátane špičkových teplôt pri spúšťaní alebo čistení. Treťou je prevádzkový tlak a typ zaťaženia (statické alebo dynamické). Štvrtou je požiadavka na hygienickú certifikáciu (FDA, EHEDG, USP Class VI) v potravinárskych alebo farmaceutických aplikáciách. Na základe týchto parametrov sa výber materiálu výrazne zúži a správna voľba sa stáva jednoznačnou.
V prípadoch, keď je médium zmesou viacerých látok alebo keď neexistujú overené referencie pre danú kombináciu, je vhodné konzultáciu s dodávateľom tesnení a prípadne realizovať ponorový test tesnenia v danom médiu pri prevádzkovej teplote pred nasadením do výroby.
FAQ
Ako zistím, z akého materiálu je existujúce tesnenie? Vizuálne a hapticky sa materiály tesnení rozlišujú ťažko. Spoľahlivé určenie poskytne chemická analýza alebo sa obráťte na výrobcu zariadenia. V prípade AFINIS Group je možné konzultáciu realizovať priamo s technickými poradcami spoločnosti.
Môžem použiť NBR tesnenie, ak stroj beží na bio-diesel? Bio-diesel (metylester mastných kyselín, FAME) pôsobí na NBR agresívnejšie ako minerálna nafta. Pri vyššom obsahu FAME odporúčame FKM alebo HNBR namiesto štandardného NBR.
Je PTFE vhodné pre dynamické tesnenia? PTFE v čistej forme nie je vhodné pre dynamické tesnenia z dôvodu obmedzenej pružnosti a creep deformácie. Pre dynamické aplikácie sa používajú PTFE zmesi s výplňami (grafit, bronz, sklené vlákna) alebo PTFE-obalené pružné jadrá.
Aký je rozdiel medzi FKM a Viton? Viton je obchodný názov DuPont (dnes Chemours) pre fluórkaučuk triedy FKM. Na trhu existujú aj iné výrobcovia FKM pod inými obchodnými názvami (napr. Tecnoflon od Solvay). Chemicky ide o rovnaký typ materiálu, no konkrétne vlastnosti sa líšia podľa zmesi a stupňa fluorizácie.
Kedy je lepšie siahnuť po EPDM namiesto NBR pre vodné aplikácie? Pre horúcu vodu, vodnú paru, glykolové zmesi a aplikácie s vonkajšou expozíciou je EPDM jednoznačnou voľbou. NBR pri dlhodobom kontakte s vodou a parou postupne degraduje, stráca pevnosť a začína praskať. EPDM v týchto podmienkach dosahuje podstatne dlhšiu životnosť.
